3.2 Расчет гидравлических элементов потока в расчетных струях

Расчет выполнен для проектного состояния русла (2-я и 3-я струи).

Во всех расчетных сечениях для этих струй определяют гидравлические элементы потока: площадь струи ω_стр, ширину струи b_стр, среднюю глубину h_стр = ω_стр/b_стр, среднюю скорость в сечении струи U_стр= Q_стр/ω_стр, значение неразмывающей U_нр и размывающей U_р скоростей течения. Значения неразмывающих скоростей вычисляются по формуле В.Н. Гончарова: U_нр = 3,0(h_стр d₅₀/d₉₀)^0,2(d₅₀ + 0,0014)^0,3,

где d₅₀ и d₉₀ - диаметры частиц грунта, обеспеченные соответственно на 50 и 90 % по кривой гранулометрического состава: d₅₀ =0,40, d₉₀=0,50

Значения размывающих скоростей определяются по соотношению U_р=1,3U_нр. (вычисления в табл 1)

Таблица 1

Гидравлические элементы потока и значения в струях 3 и 4

№ струи	№ поперечника	м2	м	м	м3/с	м/с	м/с	м/с
2	1	157,50	70,95	2,22	108	0,51	0,66	0,69
	2	103,85	50,08	2,07		0,50	0,65	1,04
	3	84,20	52,30	1,61		0,47	0,62	1,28
	4	71,25	48,23	1,48		0,47	0,61	1,52
	5	55,80	42,40	1,32		0,46	0,59	1,94
	6	45,85	35,03	1,31		0,45	0,59	2,36
	7	47,40	26,42	1,79		0,48	0,63	2,28
	8	97,90	42,81	2,29		0,51	0,66	1,10
3	1	146,95	59,65	2,46	108	0,52	0,67	0,73
	2	128,80	53,84	2,39		0,51	0,67	0,84
	3	158,90	74,79	2,12		0,50	0,65	0,68
	4	173,80	100,47	1,73		0,48	0,62	0,62
	5	111,40	66,36	1,68		0,48	0,62	0,97
	6	40,30	31,16	1,29		0,45	0,59	2,68
	7	79,65	41,83	1,90		0,49	0,64	1,36
	8	100,30	44,64	2,25		0,51	0,66	1,08

По данным табл. 1 построены совмещенные графики изменения скоростей по длине струи

Для получения количественной оценки устойчивости прорези выполняется расчет деформаций дна на основе уравнения баланса наносов.

3.3 Расчет деформаций прорези

Уравнение деформации для выделенных струй записывается в следующем виде:

+ (b_стр)_ср.·Z_д/t= 0,

где Q_s- приращение расхода влекомых наносов, м³/ с;

(b_стр)_ср- средняя на участке ширина струи, м;

l- длина расчетного участка, м;

t- расчетный интервал времени, сутки;

ε - пористость грунта (для песка ε = 0,4);

Z_д- приращение отметки дна, м.

Последовательность расчета:

1. Вычисляются значения расхода влекомых наносов в расчетных сечениях струй по формуле К. В. Гришанина: Q_s = 0,015(U_стр/U_нр)³·d₅₀(U_стр-U_нр)b_стр

2. Подсчитывается приращение величины расхода влекомых наносов Q_s =Q_s,i+1-Q_s,i,

где i-номер расчетного сечения.

3. Вычисляется начальная скорость деформаций. При этом начальную скорость повышения или понижения высоты дна в пределах каждого расчетного участка находят по формуле:

, м/сут ,

где (b_стр)_ср = (b_стр,i +b_стр,i+1)/2;

l- длина расчетного участка по оси струи, м.

Величина получает тот же знак, что и величина ΔQ_s.

4. Подсчитываются деформации дна за период времени tпо соотношению:.

Интервал времени tпринимается равным 5 суток. Расчеты деформаций дна сводятся в табл.2.

По результатам расчетов строят графики изменения скорости начальной деформации по длине струи (см. чертеж).

Таблица 2

Расход влекомых наносов и значения начальной скорости деформаций дна в пределах струй №2 и 3

№ струи	№ попереч.	м/с	м/с			м/с	м	Qs м3/с	м	ΔQs м3/с	м	м/сут	м
2	1	0,69	0,51	1,36	0,04	0,18	70,95	0,00019	56,75	-0,00129	115,50	-0,026	-0,132
	2	1,04	0,50	2,09	0,14	0,54	50,08	0,00148
									51,19	-0,00356	141,34	-0,071	-0,354
	3	1,28	0,47	2,71	0,30	0,81	52,30	0,00503
									50,27	-0,00544	133,77	-0,116	-0,582
	4	1,52	0,47	3,25	0,52	1,05	48,23	0,01047
									45,32	-0,01849	156,98	-0,374	-1,871
	5	1,94	0,46	4,25	1,15	1,48	42,40	0,02895
									38,72	-0,02660	205,05	-0,482	-2,412
	6	2,36	0,45	5,18	2,09	1,90	35,03	0,05555
									30,73	0,02593	185,38	0,655	3,277
	7	2,28	0,48	4,70	1,56	1,79	26,42	0,02962
									34,62	0,02806	237,94	0,491	2,453
	8	1,10	0,51	2,17	0,15	0,59	42,81	0,00156
3	1	0,73	0,52	1,42	0,04	0,22	59,65	0,00023	56,75	-0,00023	115,90	-0,005	-0,025
	2	0,84	0,51	1,63	0,07	0,33	53,84	0,00046
									64,32	0,00026	137,93	0,004	0,021
	3	0,68	0,50	1,36	0,04	0,18	74,79	0,00020
									87,63	0,000017	136,99	0,0002	0,001
	4	0,62	0,48	1,29	0,03	0,14	100,47	0,00018
									83,42	-0,00145	169,93	-0,015	-0,074
	5	0,97	0,48	2,03	0,13	0,49	66,36	0,00163
									48,76	-0,08421	209,03	-1,190	-5,949
	6	2,68	0,45	5,91	3,09	2,23	31,16	0,08584
									36,50	0,08124	187,32	1,711	8,556
	7	1,36	0,49	2,77	0,32	0,87	41,83	0,00460
									43,24	0,00314	237,14	0,044	0,220
	8	1,08	0,51	2,13	0,14	0,57	44,64	0,00147

Исходя из графиков, видно, что скорость струи 2 больше значений неразмывающей скорости, следовательно по длине струи происходит транзитное перемещение наносов ([1] § 4.8), по прошествии 5 суток будут происходить следующие деформации дна прорези: на промежутке 1-6 будет происходить размыв а на промежутке 6-8 – намыв;

По длине 3-ей струи скорость струи на промежутке больше значений неразмывающей скорости происходит транзитное перемещение наносов, по прошествии 5 суток будут происходить следующие деформации дна прорези: на промежутке 1-2 – размыв, 2-4 – намыв, 4-6 – размыв, 6-8 – намыв. Вывод – прорезь не устойчива, необходимо предусмотреть создание запаса на возможную заносимость.